CN103728142B

CN103728142B - 一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法

Info

Publication number: CN103728142B
Application number: CN201410016626.1A
Authority: CN
Inventors: 鲍旭清
Original assignee: Anhui Giti Radial Tire Co Ltd
Current assignee: Anhui Giti Radial Tire Co Ltd
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103728142A

Abstract

本发明公开了一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法，通过分析过路坎的激励经由滚动轮胎传递后在轮轴上的响应，进而为车辆乘坐舒适性及耐久性的改进与优化提供指导，同时也可为检验轮胎模型的建模以及动力学参数的取值有效性提供帮助。本发明建立了一种参数化模型，通过这个模型可以很直接、方便的来评价轮胎在经过障碍物后的轴力衰减情况；提出了采用衰减系数、对数衰减系数两个指标，对振动衰减行为进行评价；同时通过这个参数模型还可以获得这个轮胎振动衰减系统的阻尼比、阻尼系数，这些参数对轮胎过坎特性评价、轮胎性能的客观评价及车辆动力学主客观评价都具有很重要的意义。

Description

一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法

技术领域

本发明涉及一种轮胎过坎特性分析方法，尤其涉及的是一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，对环境噪声、车辆的乘坐舒适性也提出了更多的要求。这迫使轮胎厂商在设计轮胎时，除了满足常规的使用性能外，还要考虑到在轮胎碰到障碍物后其振动衰减特性。

轮胎是车辆与路面之间接触的唯一部件，轮胎与路面的交互界面是整车运动的主要激励来源，控制车辆运动的所有作用力都是经过轮胎传至车身，对于轮胎力学行为的充分了解是进行车辆安全性、舒适性及耐久性研究的前提。

轮胎在行驶过程中碰到障碍物后，都会发生异常振动现象，然后逐渐衰减，这种振动会影响人们对车辆舒适性的评价。通常人们把这种碰到障碍物的测试叫过坎冲击测试（cleat test），通过对过坎冲击测试（cleat test）来预先获知轮胎的一些动力学行为特性。

这种振动可能会对车辆有伤害，并对乘坐舒适性不好，为了消除这种不好的影响，轮胎制造商要尽可能的制造一种具有较好过坎特性的轮胎，尽可能减小这种振动，并尽快回复到正常水平。为了设计这种具有较好过坎特性的轮胎，对于过坎中对数衰减系数、阻尼比和粘性阻尼系数等重要参数的了解非常的重要，以便轮胎按照过坎特性来进行分类。同时需要有一种设备可以用来测量轮胎的轴力，这个设备不仅可以对轮胎施加设定的载荷，还可以带动轮胎按照设定的速度进行转动，以模拟车辆实际行驶状况，同时在这个设备上可以安放过坎块，用来模拟轮胎在实际行驶时碰到的障碍物。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法，通过分析过路坎的激励经由滚动轮胎传递后在轮轴上的响应，进而为车辆乘坐舒适性及耐久性的改进与优化提供指导，同时也可为检验轮胎模型的建模以及动力学参数的取值有效性提供帮助。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括以下步骤：

（1）将轮胎和坎块分别固定在模拟设备上，轮胎充气至使用压力，加载轮胎到实际使用载荷，预热轮胎后将轮胎调节到设定的转速；

（2）采集至少一圈的轴力数据，将这些轴力数据的平均值作为轮胎过坎过程中转动一周时其轴力的变化，制得过坎波动曲线，波动曲线上幅值最大的为轮胎碰到坎块时冲击力，最后一个衰减波形的幅值是第一个衰减波形幅值的90%时则衰减结束，其后的振动为初始正常波动的振动水平，其他的为冲击后的衰减波形；

（3）在衰减波形上依次选择若干个测量数据点，根据公式对选择的数据点进行回归分析和拟合，得出参数n、B、A、ω_r和的值，n是衰减系数；B是在初始载荷作用时轴力的正常波动水平，x是时间，A是衰减指数函数的幅值，ω_r是减幅振动系统的圆频率，是相位角；

（4）然后得出轮胎的评价参数：对数衰减系数、阻尼比和粘性阻尼系数：

对数衰减系数：

δ = \ln \frac{A_{1}}{A_{2}} = n T_{r}

或

δ = \frac{1}{i} \ln \frac{A_{1}}{A_{i + 1}}

阻尼比：

ξ = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{4 π^{2}}{\ln^{2} (A_{1} / A_{2})}}}

粘性阻尼系数：

c = \frac{2 m}{i T_{r}} \ln \frac{A_{1}}{A_{i + 1}}

其中，i：第i个衰减周期，A₁：第一个衰减周期的幅值，A₂：第二个衰减周期的幅值，A_i+1：第i+1个衰减周期的幅值，T_r：衰减周期，m：胎冠部位的等效质量。

所述坎块的长度大于轮胎接地面的侧向接地长度。以便轮胎在经过时是整个接地面接触到坎块，而不是胎冠中的某一部分。

所述轴力数据为径向力或纵向力。本发明中采用的是径向力。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明建立了一种参数化模型，通过这个模型可以很直接、方便的来评价轮胎在经过障碍物后的轴力衰减情况；提出了采用衰减系数、对数衰减系数两个指标，对振动衰减行为进行评价；同时通过这个参数模型还可以获得这个轮胎振动衰减系统的阻尼比、阻尼系数，这些参数对轮胎过坎特性评价、轮胎性能的客观评价及车辆动力学主客观评价都具有很重要的意义。

附图说明

图1是实施例1中轮胎过坎后径向力波动曲线图；

图2是实施例2测试速度为40km/h时实测径向轴力数据和模型拟合后的对比。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例为单体轮胎在通过转鼓上的坎块后，轮轴上径向力波动的典型曲线。

图中A区域部分，这是目前研究较多的部分。比较典型的有“环”模型等。

C区域是初始正常波动的振动水平，它受到初始载荷及轮胎本身的均匀性、测试设备等因素的影响。这种振动行为即使在轮胎没有受到Cleat冲击时也会发生，故不在本技术研究的范围内。

B区域即是本发明所讨论的区间，它表达了轮胎经过坎块后，轮胎的振动衰减特性。

从图中可以看出，在B区域，振幅随时间的延续而逐渐减小，是一个振幅逐渐减小的周期往复运动，可以把这种衰减看成是一种减幅阻尼振动。

轮胎在行驶中碰到障碍物时，都会发生较大的冲击振动，然后，在车辆越过障碍物后，这种振动会逐渐衰减，直至达到最初的正常水平。为了描述轮胎的这种衰减特性，需要测量轮胎的轴力。具体步骤如下：

（2）采集五圈的轴力数据，将这五圈数据的平均值作为轮胎过坎过程中转动一周时其轴力的变化，制得过坎波动曲线，波动曲线上幅值最大的为轮胎碰到坎块时冲击力（图1中A区域），最后一个衰减波形的幅值是第一个衰减波形幅值的90%则衰减结束为初始振动水平（图1中C区域），其他的为冲击后的衰减波形（图中B区域）；

对数衰减系数：

δ = \ln \frac{A_{1}}{A_{2}} = n T_{r}

或

δ = \frac{1}{i} \ln \frac{A_{1}}{A_{i + 1}}

阻尼比：

ξ = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{4 π^{2}}{\ln^{2} (A_{1} / A_{2})}}}

粘性阻尼系数：

c = \frac{2 m}{i T_{r}} \ln \frac{A_{1}}{A_{i + 1}}

实施例2

将轮胎固定在转轴上，并可以同时测量轴上三个方向的力，轮胎的加载及转动是通过一个直径为2m的转鼓来完成的，坎块也被固定在这个转鼓上，坎块的尺寸为（20*20mm），轮胎规格为205/55R16，轮胎充气压力为240kpa、载荷为2250N，测试速度为40km/h。采样频率为1000Hz，采集五圈数据，然后对这五圈数据进行平均，将这个平均值作为轮胎过坎过程中转动一周时其轴力的变化，并将用来进行方程拟合。

图2为轮胎固定轴上径向力的测试数据；以及采用了这个参数模型进行拟合后的效果。X轴为时间，秒（s），Y轴为径向力，牛顿（N）。

图中origin data（原始数据）是轮轴上径向力的实测数据曲线；带“*”标志的拟合数据点Fitting point是origin data里用于拟合的数据点；拟合曲线Fitting curve是采用本发明对Fitting point数据进行拟合后得到的曲线。

从图中可以看出，采用本发明的模型进行拟合后得到的曲线，与原始数据曲线重合性很好，R=0.9723。说明了本发明的参数模型能很好的用来描述这种轴力的衰减行为。

从根据公式可以得到衰减系数n=25.76；初始轴力波动水平B=2129.0N；减幅振动系统的圆频率ω_r=500。

然后利用这些参数计算：

对数衰减系数：

δ = \ln \frac{A_{1}}{A_{2}} = n T_{r} = 0.31,

阻尼比：

ξ = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{4 π^{2}}{\ln^{2} (A_{1} / A_{2})}}} = 0.49,

粘性阻尼系数：

c = \frac{2 m}{i T_{r}} \ln \frac{A_{1}}{A_{i + 1}} = 3248.1

Ns.m^-1。

Claims

1.一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将轮胎和坎块分别固定在模拟设备上，轮胎充气至使用压力，加载轮胎到实际使用载荷，预热轮胎后将轮胎调节到设定的转速；

(2)采集至少一圈的轴力数据，将这些轴力数据的平均值作为轮胎过坎过程中转动一周时其轴力的变化，制得过坎波动曲线，过坎波动曲线上幅值最大的为轮胎碰到坎块时冲击力，最后一个衰减波形幅值是第一个衰减波形幅值的90％时则衰减结束，其后的振动为初始正常波动的振动水平，剩余的波形为冲击后的衰减波形；

(3)在衰减波形上依次选择若干个测量数据点，根据公式对选择的测量数据点进行回归分析和拟合，得出参数n、B、A、ω_r和的值，n是衰减系数；B是在初始载荷作用时轴力的正常波动水平，x是时间，A是衰减指数函数的幅值，ω_r是减幅振动系统的圆频率，是相位角；

(4)然后得出轮胎的评价参数：对数衰减系数、阻尼比和粘性阻尼系数：

对数衰减系数：或

阻尼比：

粘性阻尼系数：

2.根据权利要求1所述的一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法，其特征在于，所述坎块的长度大于轮胎接地面的侧向接地长度。

3.根据权利要求1所述的一种轮胎过坎后轴力衰减特性的评价方法，其特征在于，所述轴力数据为径向力或纵向力。